Czarna dziura to niewidoczny obiekt we Wszechświecie, wewnątrz którego znajduje się „osobliwość”, czyli punkt o nieskończenie wielkiej gęstości materii, wytwarzający w najbliższym otoczeniu niewyobrażalnie silne pole grawitacyjne. Do czarnej dziury przyciągana jest materia z otoczenia, z niej jednak nic nie może się wydostać – nawet światło.
Żaden rodzaj energii ani materii nie może opuścić czarnej dziury, jednak postuluje się istnienie zjawiska zwanego parowaniem czarnych dziur. Granica, po przejściu której nie jest możliwe wyrwanie się z pola grawitacyjnego czarnej dziury, nazywana jest horyzontem zdarzeń. Ma ona kształt sfery o wielkości wyznaczonej przez promień Schwarzschilda. Nie jest to powierzchnia tego obiektu, która może znajdować się wielokrotnie bliżej centrum geometrycznego układu. Materia wsysana do wnętrza czarnej dziury tworzy dysk akrecyjny generujący ogromne ilości promieniowania na skutek tarcia, jonizacji i silnego przyspieszenia podczas zbliżania się do czarnej dziury. Część zjonizowanej materii z dysku, pod działaniem pola elektromagnetycznego dysku, ucieka w kierunkach osi, tworząc ogromne dżety (jety). Zgodnie z hipotezą Hawkinga czarna dziura "paruje", co powoduje stały ubytek masy.
Historia
Pierwsze przesłanki do istnienia czarnych dziur pojawiły się już w XVIII wieku. W 1783 roku John Michell postulował w swojej przesłanej do Royal Society pracy, że może istnieć ciało tak masywne, że jego grawitacji ulegnie nawet światło. Teoria ta jednak nie cieszyła się powodzeniem, ponieważ światło traktowane było wtedy jak zwyczajna fala, która nie podlega działaniu grawitacji. Przełom nastąpił w 1905 roku wraz z opublikowaniem szczególnej teorii względności. Einstein pokazał, że grawitacja potrafi wpływać na bieg fal elektromagnetycznych. W 1939 roku Robert Oppenheimer i H. Snyder udowodnili, że masywna gwiazda może ulec kolapsowi grawitacyjnemu, lecz zainteresowanie tym zagadnieniem pojawiło się dopiero w 1967 roku wraz z odkryciem pulsarów. Nazwę „czarna dziura” wymyślił i spopularyzował John Wheeler.
Powstawanie
Przypuszcza się, że czarna dziura może powstać w wyniku kolapsu grawitacyjnego masywnej gwiazdy, trwającego ułamek sekundy. Jak jednak stwierdzić istnienie czarnej dziury, skoro nie można jej zaobserwować? Jest to możliwe w wyniku badania zachowania gwiazd znajdujących się pod wpływem pola grawitacyjnego.
Kiedy wewnątrz gwiazdy o masie przynajmniej 40 razy większej od masy Słońca zaczyna kończyć się wodór, rozpoczyna się jej "agonia". W jądrze najpierw zużywany jest hel, potem kolejne, coraz cięższe pierwiastki. Kiedy gwiazda zaczyna zużywać żelazo, nie jest już w stanie wytworzyć dość energii, aby przeciwdziałać zapadaniu się pod wpływem własnej grawitacji – reakcja jądrowa wymaga wówczas już dostarczania energii z zewnątrz, nie produkuje nadwyżki energetycznej. Podczas potężnej eksplozji nazywanej supernową i spowodowanej gwałtownym spadkiem ciśnienia i utratą stabilności mechanicznej spora części materii gwiazdowej ucieka. W środku pozostaje żelazne jądro, które zaczyna się zapadać i tworzy gwiazdę neutronową utrzymywaną w stabilności mechanicznej dzięki zakazowi Pauliego dla fermionów (neutronów). Jeżeli jej masa jest dość wielka, to również takie ciało nie wytrzymuje własnego ciężaru i powstaje czarna dziura.
Jeżeli wiele gwiazd lub czarnych dziur połączy się ze sobą, to może powstać czarna dziura o masie miliony razy większej od Słońca. Astronomowie podejrzewają istnienie czarnych dziur tego typu w sercach wielu galaktyk. Istnienie takiej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki jest prawie pewne. Obserwacje ruchów ciasno skupionych gwiazd w pobliżu środka naszej galaktyki wskazują, że poruszają się one dookoła małego obiektu o ogromnej masie zlokalizowanej w niewielkiej objętości. Według obecnego stanu wiedzy astrofizyki jedynym tak masywnym obiektem o tak małym promieniu może być supermasywna czarna dziura.
Zakończenie
Dzięki obecności dysków akrecyjnych odkryto w ostatnich latach kilka czarnych dziur. Naukowcy wciąż starają się poznać ich rolę w funkcjonowaniu wszechświata. Przypuszcza się, że czarne dziury będą istnieć jeszcze długo po tym, jak z przestrzeni zniknie cała materia.
W artykule znajdują się fragmenty tekstu Czarna Dziura na Wikipedii.
Artykuł dostępny jest na licencji: GNU Free Documentation License 1.2
Źródło: DeepSpace
Autor: Katarzyna Czernecka